V rychle se vyvíjeném segmentu fotovoltaik se převážně mluví o technologiích panelů, občas se zmíní technologie střídačů, ale málokdo si uvědomuje, kolik typů baterií existuje, proto se dnes podíváme na základní přehled baterií a jejich složení. A příště se podíváme na různé způsoby použití baterie v naší domácí fotovoltaice.

Primární zinko-chloridové a alkalické články

Zinko-chloridové články, často označované jako "suché články", jsou nejběžnější typ primárních baterií. Skládají se z následujících komponent:

·        Anoda (záporná elektroda): Vyrobena z práškového zinku.

·        Katoda (kladná elektroda): Manganový oxid (MnO₂).

·        Elektrolyt: Vodný roztok chloridu zinečnatého (ZnCl₂).

Alkalické články jsou zdokonalenou verzí zinko-chloridových článků a mají následující komponenty:

·        Anoda (záporná elektroda): Zinkový prášek s vysokou povrchovou plochou.

·       Katoda (kladná elektroda): Manganový oxid (MnO₂).

·        Elektrolyt: Vodný roztok hydroxidu draselného (KOH).

 Lithiové akumulátory

1.        Kladná elektroda (katoda): Nejčastěji používané materiály jsou:

o   Lithium-kobalt oxid LCO (LiCoO2): Vysoká energetická hustota, ale drahý a méně bezpečný.

o   Lithium-železo fosfát LFP (LiFePO4): Nižší energetická hustota, ale bezpečnější a levnější.

o   Lithium-mangan oxid LMO (LiMn2O4): Vyšší proudová zatížitelnost, nižší energetická hustota.

o   Lithium-niklové, manganové a kobaltové oxidy (NMC): Kombinace výhod jednotlivých složek.

1.        Záporná elektroda (anoda): Obvykle uhlík (grafit), kde dochází k interakci lithium iontů během nabíjení.

2.        Elektrolyt: Lithiová sůl (LiPF6) rozpuštěná v organickém rozpouštědle, která umožňuje pohyb lithium iontů mezi anodou a katodou.

3.        Separátor: Porézní polymerní film, který fyzicky odděluje anodu a katodu, ale umožňuje průchod lithium iontů.

4.        Sběrače proudu: Hliníková folie pro katodu a měděná folie pro anodu.

5.        Obal: Může být cylindrický, prismatický nebo sáčkový.

 Vlastnosti lithiových akumulátorů

·        Energetická hustota: Vysoká energetická hustota ve srovnání s jinými typy baterií.

·        Životnost: Vyšší životnost než olověné baterie, obvykle mezi 4000 nabíjecích cyklů.

·        Bezpečnost: Záleží na chemickém složení, některé typy jsou bezpečnější než jiné.

·        Samovybíjení: Nízká míra samovybíjení, obvykle kolem 2-3 % za měsíc.

·        Teplotní stabilita: Může se lišit podle typu elektrolytu a konstrukce.

 Olověné akumulátory

1.        Elektrody:

o   Velkopovrchové desky: Zvýšení povrchu elektrody pro lepší kontakt s elektrolytem.

o   Mřížkové desky: Mřížkové desky mohou být lité nebo tažené z tahokovu.

o   Trubkové, diskové, spirálové elektrody: Různé konstrukční varianty pro specifické aplikace.

1.        Separátory:

o   Listové separátory: Umožňují průchod iontů, ale zabraňují kontaktu mezi elektrodami.

o   Obálky: Speciální konstrukce separátoru pro zvýšení mechanické stability.

o   Desky: Používají se v některých typech olověných akumulátorů.

2.        Konstrukce nádob:

o   Otevřené články: Elektrolyt ve styku s okolím, což může vést k oxidaci.

o   Uzavřené články: Těsné víko s plnicí zátkou, což omezuje oxidaci a znečištění elektrolytu.

o   Ventilem řízené články: Nádoba uzavřena přetlakovým ventilem, možné úniky plynů.

o   Uzavřené plynotěsné články: Neuniká z nich plyn, nedoplňuje se voda, mají bezpečnostní ventil.

o   Hermetické články: Neuniká z nich plyn, nedoplňuje se voda, nemají bezpečnostní ventil.

NiCd a NiMH akumulátroy

NiCd akumulátory (Niklkadmiové)

·        Elektrody:

o   Kladná elektroda: Niklová elektroda (hydroxid nikelnatý) (Ni (OH)2)

o   Záporná elektroda: Kadmiová elektroda (Cd)

·        Separátor: Plastové mřížky nebo mikrovlákna

·        Elektrolyt: Vodný roztok hydroxidu draselného (KOH) s přídavkem hydroxidu lithného

·        Výhody:

o   Vysoká životnost a počet nabíjecích cyklů (až 2000 cyklů)

o   Stabilní výkon v širokém rozsahu teplot

o   Schopnost dodávat vysoké proudy

·        Nevýhody:

o   Nižší energetická hustota ve srovnání s moderními technologiemi (např. Li-ion)

o   Přítomnost toxického kadmia, které je škodlivé pro životní prostředí a zdraví

NiMH akumulátory (Niklmetalhydridové)

o   Kladná elektroda: Niklová elektroda (hydroxid nikelnatý)

o   Záporná elektroda: Kovová slitina absorbující vodík (metalhydrid)

·        Separátor: Speciální materiály umožňující iontovou vodivost

·        Elektrolyt: Vodný roztok hydroxidu draselného (KOH)

Výhody:

o   Vyšší energetická hustota než NiCd akumulátory

o   Nižší ekologická zátěž (neobsahují kadmium)

o   Dobrý výkon v širokém rozsahu teplot

Nevýhody:

o   Vyšší samovybíjení ve srovnání s moderními technologiemi (např. Li-ion)

o   Méně cyklů nabíjení/vybíjení než NiCd

Doufám, že jste se dozvěděli o základní struktuře základních typů baterií něco nového a dokážete říct, který z těch akumulátorů, nebo článků použijete do dálkového ovládání, k FVE nebo do auta či průmyslu.

CHCI ZDARMA NABÍDKU NA FVE

Reference:

[1] Hrzina, P. (2023). Typy baterií [prezentace]. České vysoké učení technické v Praze.